高中物理5.1交变电流

第1页第2页1．了解交变电流、直流概念。2．了解交变电流产生，会分析线圈转动一周中电动势和电流方向改变。3．知道交变电流改变规律及表示方法。4．知道交变电流峰值、瞬时值含义。第3页第4页1．交变电流及产生机理(1)交变电流与直流定义：①交变电流：大小和方向都随时间做

电流，简称交流。②直流：

不随时间改变电流。［读教材·填关键点］周期性改变方向第5页(2)交变电流产生机理：如图5－1－1所表示，将一个平面线圈置于匀强磁场中，线圈与外电路相连，组成闭合回路，使线圈绕

磁感线轴OO′图5－1－1做匀速转动，线圈中就会产生交变电动势和交变电流。垂直第6页(3)中性面：①定义：线圈平面与磁场垂直位置。

②特点：线圈在此位置磁通量

，电动势为零，线圈经过中性面时，感应电流

要发生改变。2．交变电流改变规律(1)正弦式交变电流：①定义：按正弦规律改变交变电流，简称正弦式电流。最大方向第7页②函数和图像：函数图像瞬时电动势：e＝瞬时电压：u＝瞬时电流：i＝UmsinωtImsinωtEmsinωt第8页注：表示式中Em、Um、Im分别是电动势、电压和电流峰值，而e、u、i则是这几个量瞬时值。(2)其它交变电流：实际应用中，交变电流有不一样改变规律，常见有以下几个，如图5－1－2所表示。图5－1－2第9页[关键一点]区分交流与直流关键是看电流方向是否发生周期性改变。第10页［试身手·夯基础］1.对于如图5－1－3所表示电流i随时间t做周期性改变图像，以下说法中正确是()A．电流大小改变，方向不变，是直流电图5－1－3B．电流大小、方向都改变，是交流电C．电流最大值为0.2A，周期为0.01sD．电流大小改变，方向不变，不是直流电，是交流电第11页解析：从图中能够看出，电流最大值为0.2A，周期为0.01s，电流大小改变，但方向不变，是直流电，不是交流电。答案：AC第12页2．关于交变电流和直流电说法中，正确是()A．假如电流大小做周期性改变，则一定是交变电流B．直流电大小能够改变，但方向一定不变C．交变电流一定是按正弦或余弦规律改变D．交变电流最大特征就是电流方向发生周期性改变第13页解析：直流电特征是电流方向不变，交流电特征是电流方向周期性改变。另外交变电流不一定都是正弦式电流或余弦式电流。答案：BD第14页3．在图5－1－4中哪些情况线圈中产生了交变电流()图5－1－4第15页解析：只要线框在匀强磁场中，绕垂直于磁场轴匀速转动，即可产生正弦式交变电流，故A错误，B、C、D正确。答案：BCD第16页4.关于中性面，以下说法中不正确是()A．中性面就是穿过线圈磁通量为零面B．中性面就是线圈中磁通量改变率为零面C．线圈经过中性面时，电流方向必改变D．中性面就是线圈内感应电动势为零面.第17页解析：中性面是穿过线圈磁通量最大时面。在中性面时，导体不切割磁感线，且转过中性面时线圈转动方向与磁场方向夹角由锐角变为钝角或由钝角变为锐角，所以在中性面时线圈中感应电动势为零，电流方向要发生改变。故正确选项为B、C、D，应选A。答案：A第18页第19页1．产生在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向轴匀速转动线圈里产生是交变电流，试验装置如图5－1－5所表示。图5－1－5第20页2．过程分析如图5－1－6所表示图5－1－6第21页线圈由甲位置转到乙位置过程中，电流方向为b→a→d→c。线圈由乙位置转到丙位置过程中，电流方向为b→a→d→c。线圈由丙位置转到丁位置过程中，电流方向为a→b→c→d。线圈由丁位置回到甲位置过程中，电流方向为a→b→c→d。第22页3．中性面线圈平面垂直于磁感线时，线圈中磁通量最大，而此时线圈中电流为零，这一位置叫中性面。从上面分析可知线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变，线圈绕转轴转一周经过中性面两次，所以感应电流方向改变两次。第23页[名师点睛](1)在线圈转动过程中，磁通量最大时，磁通量改变率恰好为零；磁通量为零时，磁通量改变率恰好最大。(2)感应电动势大小由磁通量改变率决定，与磁通量大小没有直接关系。第24页1．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面轴匀速转动时产生了交变电流，以下说法正确是()A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B．当穿过线框磁通量为零时，线框中感应电动势也为零C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线第25页[审题指导]解答本题应注意以下两个方面：(1)线框位于中性面时，感应电动势为零。(2)线框经过中性面时，感应电流方向改变。第26页[解析]线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框磁通量最大，但此时切割磁感线两边速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿过线框磁通量改变率等于零，感应电动势或感应电流方向在此时刻改变。垂直于中性面时，穿过线框磁通量为零，切割磁感线两边速度与磁感线垂直，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，此时穿过线框磁通量改变率最大。故C、D正确。[答案]CD第27页第28页1．瞬时值图5－1－7若线圈平面从中性面开始转动，如图5－1－7所表示，则经时间t：第29页第30页第31页2．峰值(1)由e＝nBSωsinωt可知，电动势峰值Em＝nBS

ω。

(2)交变电动势峰值由线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度ω及线圈面积S决定，与线圈形状无关，与转轴位置无关，所以图5－1－8所表示几个情况，若n、B、S、ω相同，则电动势峰值相同。图5－1－8第32页[名师点睛](1)瞬时值与开始计时位置及线圈转动时间相关。①若线圈从中性面开始计时，e＝Emsinωt。②若线圈从位于与中性面垂直位置开始计时，e＝Emcosωt。(2)峰值与开始计时位置及线圈转动时间无关。第33页2.如图5－1－9所表示为演示用手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，线圈匝数n＝50,每匝线圈面积为0.48m2，转速为150r/min，线圈在匀速转动过程中，从图示位置开始计时。写出交变感应电动势瞬时值表示式。图5－1－9第34页[思绪点拨]解答本题可按以下思绪进行：(1)先确定线圈初始时刻位置，从而明确表示式应该用正弦还是余弦。(2)找出ω、n、B、S，求出峰值Em。(3)写出瞬时值表示式。第35页[答案]e＝188sin(5πt)V第36页确定交变电流电动势瞬时表示式时应注意以下三个方面：(1)用Em＝nBSω确定峰值。(2)确定角速度ω，若题中已知转速为nr/s，则ω＝2πn。(3)确定计时起点位置，从而确定是选e＝Emsinωt，还是选e＝Emcosωt。第37页1．对正弦式电流图像认识由e＝Emsinωt、u＝Umsinωt、i＝Imsinωt可知e­t、u­t、i­t图线应该是正弦曲线，如图5－1－10所表示，其中Em、Um、Im分别表示电动势、电压、电流最大值，ω表示线圈匀速转动角速度，线圈为多匝(如n匝)时，Em＝nBSω。图5－1－10第38页2．正弦式电流图像应用(1)由图5－1－11能够读出正弦式电流峰值。图5－1－11第39页(2)可依据线圈转至中性面时电流为零特点，确定线圈处于中性面时刻，也就是磁通量最大时刻和磁通量改变率最小时刻。(3)可依据线圈转至与磁场平行时感应电流最大特点，确定线圈与中性面垂直位置，此位置也就是磁通量为零时刻和磁通量改变率最大时刻。第40页3．如图5－1－12甲所表示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图5－1－12乙所表示)为计时起点，并要求当电流自a流向b时电流方向为正。则如图5－1－13中四幅图中正确是()图5－1－12第41页图5－1－13第42页[审题指导]解答该题时应注意以下两个方面：(1)电流正方向要求；(2)t＝0时线圈位置。第43页[答案]D第44页处理图像问题基本方法：一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”。二变：掌握“图与图”、“图与式”和“图与物”之间变通能力。三判断：结合图像和公式进行正确分析和判断。第45页第46页第47页1．中性面位置指是线圈平面与磁感线方向垂直位置，线圈在中性面